AlN薄膜是第三代半导体材料,具有带隙宽、优良的声波特性、高热导率、优异的稳定性等特点,在光电、医学等多领域都非常有应用前景。Al N薄膜不仅自身具有优异的性能,而且可以充当缓冲层外延材料缓解失配应力,制备高性能的Al N基器件。然而,外延Al N薄膜仍存在一些难题。一方面,同质衬底的缺乏和生产成本的限制使得Al N薄膜一般外延在异质的蓝宝石衬底上。然而,异质衬底与外延薄膜之间的晶格常数和热膨胀系数的差异,会使得外延的Al N薄膜中存在着较大的失配应力。另一方面,Al原子的低迁移率会使薄膜中存在较高的位错密度。这些因素限制了Al N薄膜的进一步应用,所以如何高效的提高Al N薄膜的质量,这是半导体外延技术的一项挑战。目前,国内外对于小斜切角Al N薄膜的研究较多,但几乎没有对不同取向大斜切角Al N薄膜的研究和对不同极性Al N薄膜的质量调控研究。在此研究背景下,本论文以不同取向的大斜切角Al N薄膜和不同极性的Al N薄膜作为研究对象,将磁控溅射技术与高温退火技术相结合显著提高Al N薄膜的质量,在获得高质量Al N薄膜的同时揭示了薄膜质量提升的微观机理。主要研究内容和成果如下:（1）第一部分工作中我们采用磁控溅射技术在具有不同斜切角度和斜切方向的蓝宝石衬底上溅射沉积了具有大斜切角度的Al N薄膜,引入原子台阶,探究了衬底取向和斜切角度对于薄膜质量的影响。随着衬底斜切角度的增加,Al N外延薄膜的质量展现出先升高后降低的趋势。随后进一步探索了大斜切角Al N薄膜在1400℃‐1650℃高温退火下的微观机理,探究发现薄膜在高温退火过程中实际发生的是再结晶过程,并伴随着应力状态的转变和晶粒尺寸的增大。通过XRD,Raman,SEM,XPS等表征手段揭示了高温退火提高薄膜质量的本质在于再结晶过程中晶界的湮灭。其中,C-A 4°的薄膜具有最好的结晶质量,在经过高温退火后,（0002）和（10-12）晶面的摇摆曲线半高宽分别从1285.2 arcsec减小到219.6 arcsec,从2898 arcsec减小到720 arcsec。本工作获得了高质量大斜切角Al N薄膜的最佳衬底取向,高效地改善了薄膜的质量,这对于薄膜外延生长具有重要的意义。（2）第二部分工作的研究背景主要基于减缓器件的极化效应,拓展半极性和非极性Al N薄膜的应用领域。我们通过磁控溅射技术在a面（11-20）、m面（10-10）和r面（1-102）的蓝宝石衬底上外延了极性、半极性和非极性的Al N薄膜。同时,利用Materials Studio进行建模和截面,通过晶面结构和XPS测试发现了不同极性的薄膜具有不同质量的原因在于薄膜内氧杂质含量的差异。结合热退火技术探索了不同极性Al N薄膜的质量调控机理,经过高温退火后,不同极性的薄膜质量改善程度不同,具有不同的杂质浓度和应力。探究发现高温退火过程不仅能够有效降低薄膜内的位错,还能够降低半极性和非极性薄膜的各向异性性质,使薄膜两个垂直方向的摇摆曲线半高宽数值差异从48 arcmin减小到1 arcmin,减少薄膜的层错。这些结果为制备高质量的半极性和非极性薄膜,减缓器件的极化效应,提供了重要的参考价值。